Ежегодно в мире добывается больше, чем включается в биологический круговорот: кадмия в 100 раз, сурьмы в 150, ртути в 110, свинца в 35, мышьяка и железа в 15, урана в 6, олова в 5, меди в 4, молибдена в 3 раза. Добыча таких химических элементов, как серебро, хром, никель, цинк, примерно равна ежегодному потреблению растительностью [18 ].
Общее мировое производство основных металлов характеризуется следующими показателями (т. в год): железо — п • 10 , марганец, алюминий — п • 107, медь, цинк, свинец — п • 106, никель, олово — п • 104, ртуть, серебро — п • 103. Выплавка металлов увеличивается примерно на 40 % каждые 10 лет, причем металлические руды извлекаются в количествах, не пропорциональных содержанию металлов в земной коре.
Множество химических элементов и их соединений освобождается при сжигании угля и рассеивается в окружающей среде, причем в масштабах, больших, чем при добыче. Ежегодно при сжигании угля выделяется больше, чем включается в биологический круговорот: ртути в 8 700 раз, мышьяка в 125, урана в 60, кадмия в 40, лития и бериллия в 10, олова в 3 - 4 раза [18]. Основная масса рассеянных элементов попадает в пределы наземных экосистем, поскольку добыча металлов и сжигание угля происходят на суше. Хотя часть этих элементов с речным стоком и в результате циркуляции воздушных масс выносится в моря и океаны, тем не менее ежегодно поверхность суши обогащается ими на миллионы тонн.
Соотношение между техногенной и природной миграцией отдельных металлов показано в табл. 3.1.
Таблица 3. 1
| Сопоставление масс металлов, вовлеченных в техногениую и природную миграцию, тыс. т в год [31], с добавлениями) |
| Элемент | Годовая добыча | Выделение при сжигании каменного угля | Захват годовым приростом растительности суши | Вынос растворенных форм речным стоком |
| Марганец | 24000 (1989) | 310,0 | 41400 | 370,0 |
| Медь | 8700 (1991) | 23,0 | 1700 | 260,0 |
| Цинк | 5200 (1991) | 100,0 | 8600 | 740.0 |
| Свинец | 4400 (1991) | 20,0 | 430 | 37,0 |
| Хром | 2000 (1991) | 37,0 | 310 | 37,0 |
| Никель | 700 (1991) | 10,0 | 350 | 74,0 |
| Олово | 180 (1991) | 3,0 | 69 | 19,0 |
| Молибден | 98 (1991) | 4,0 | 100 | 37,0 |
| Кобальт | 23 (1990) | 4,0 | 173 | 11,0 |
| Кадмий | 26 (1991) | 2,5 | 1 | 7,4 |
| Титан | 37 (1990) | 3200,0 | 5600 | 110,0 |
| Серебро | 10 (1990) | 3,0 | 7 | 11,0 |
| Ртуть | 5,5 (1990) | 0,5 | 2 | 2,6 |
Важная особенность металлов — способность к активному рассеиванию. За последнее десятилетие только в результате истирания и коррозии было рассеяно (тыс. т): меди — 600, цинка — 500, свинца — 300, молибдена — 30 [18]. Множество металлов используется в промышленности, но при этом часть их уходит с промышленными стоками.
Человеческая деятельность способствует активному латеральному перераспределению вещества при транспортировке из одного региона в другой, концентрации его в виде отдельных конструкций и орудий производства и т. д.
Огромные масштабы воздействия промышленного производства на круговорот вещества все чаще вызывают озабоченность человечества. Географическая оболочка может не выдержать такого натиска, и естественные связи нарушатся, что приведет к катастрофическим последствиям для самого человека. Поэтому в последние годы пристальное внимание уделяется прогнозам в развитии промышленного производства и соответственно масштабам воздействия на круговороты химических элементов. Считается, что мировое потребление и добыча важнейших видов минерального сырья на рубеже XX. — XXI вв. в сравнении с уровнем 70-х и начала 80-х гг. увеличатся примерно в 1,5—2 раза.
Если даже предположить, что уровень добычи минеральных ресурсов, достигнутый в 80-х гг., останется таким же до 2000 г., то за последние 20 лет XX в. из недр планеты потребовалось бы извлечь 74 млрд т угля, 60 млрд т нефти, 30 млрд т газа, 18 млрд т железной руды (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Возможные объемы добычи минерального сырья к 2000 г. [31]
| Вид минерального сырья | Современный годовой объем добычи (по данным за 1991 — 1992 гг.) | 1981 — 2000 гг. | |
| Возможные объемы добычи | |||
| Вариант I | Вариант II | ||
| (при сохранении до 2000 года современного уровня добычи) | (при небольшом ежегодном росте добычи) | ||
| Уголь, млрд | 2.200 | 74.0 | 76.0-79.0 |
Нефть, млрд т | 3.112 | 60.0 | 61.0-62.0 |
| Природный газ млрд. т | 1.762 | 30.0 | 33.0-35.0 |
| Железная руда, млрд. т | 0.900 | 18.0 | 19.0-22.0 |
| Бокситы млрд. т | 0.113 | 1.6 | 1.8-2.0 |
Медь, млн. т | 8.700 | 120.6 | 130.0-140.0 |
Никель, млн. т | 0.700 | 10.0 | 12.0-14.0 |
Молибден,млн. т | 0.100 | 2.0 | 2.1-2.2 |
3.2 Антропогенное прогибание земной коры
Антропогенное прогибание земной коры связано в основном с концентрацией дополнительной нагрузки в отдельных районах. Нарушение равновесия в земной коре происходит при добыче твердых полезных ископаемых, откачке флюидов — воды, нефти, газов, создании водохранилищ, строительстве городов. Значительные прогибания и оседания земной поверхности наблюдаются в местах длительной добычи каменного угля. Такие процессы обнаружены в Силезии, Рурском бассейне, в Японии, США, Англии. В СНГ — на Донбассе, в Подмосковном бассейне.
В процессе добычи нефти и газа меняется давление в нефтегазоносных структурах, что влечет за собой изменение гидро- и теплорежима осваиваемых территорий. Часто происходят значительные изменения на поверхности в результате смещения и уплотнения горных пород: Примером может служить город-гавань Лонг-Бич около Лос-Анджелеса. В результате откачки флюидов скорость оседания поверхности достигла порядка 10 — 70 см в год. Общее опускание составило 8,8 м на площади примерно 2700 км .
В последние десятилетия были получены инструментальные данные о проседании земной коры в районах крупных водохранилищ. Огромные массы воды создают дополнительную, нагрузку на твердую оболочку, нарушая изостатическое равновесие. Такие явления отмечены в районе водохранилищ: Мид на р. Колорадо, Красноярского на р. Енисей, Братского на Ангара, на р. Чирчик, на р. Нарын и т. д.
Большие города также вызывают опускание масс земной поверхности, так как концентрируют здания, промышленные предприятия, транспорт и т. д. В частности, в Москве скорость опускания составляет 1 — 2 мм в год, особенно усиливается этот процесс в местах прокладки подземных тоннелей.
3.3 Антропогенные землетрясения
Антропогенные землетрясения возникают в результате: а) изменения гидростатических и гидродинамических условий при откачке из коры флюидов или их внедрении; б) извлечения твердых полезных ископаемых; в) перераспределения нагрузок на земную кору .при создании водохранилищ.
При указанных видах деятельности нарушается изостатическое равновесие почти по всей толще земной коры. Особенно широко известны землетрясения в районах нефтегазодобычи. География их довольно широка: Калифорния (октябрь 1976, август 1977, май 1979, январь 1980, 1990), Мексика (март 1979, 1989), Карпаты (март 1977, январь 1990), г. Газли (май, июнь 1976, июнь 1978), г. Грозный (март 1978), г. Махачкала (март 1978), Южный Сахалин (июнь 1977) и др. [17]. Эти землетрясения имеют различные характеристики в зависимости от масштаба человеческой деятельности, степени изменения земных слоев, геологической и тектонической ситуации.
В последние годы в результате повторных высокоточных геодезических измерений в районах водохранилищ обнаружены постоянные колебательные движения в зонах подтопления берегов, особенно в сейсмоактивных горных районах. Существенное условие — наличие гидравлической связи подземных вод вплоть до глубоких слоев. Кроме того, факторами, влияющими на частоту повторения землетрясений близ водохранилищ, помимо геологических условий являются скорость подъема уровня воды в водохранилище, продолжительность роста нагрузки, достигнутый максимум нагрузки и период времени, в течение которого поддерживается высокий уровень воды.
Подземные ядерные взрывы также представляют собой эквивалент землетрясений с магнитудой 5,0 — 6,8. Они могут вызывать взрывы в земной, коре, смещения пород и пр. Поэтому их все большее применение в ряде стран для образования озерных котловин, гашения газовых пожаров, создания подземных полостей и других целей вызывает необходимость прогнозировать побочные Сейсмические и тектонические последствия.
3.4 Антропогенное влияние на геоморфологические процессы
Человек оказывает на геоморфологические процессы непосредственное или опосредованное влияние, в результате чего изменяется рельеф.
Непосредственное воздействие человека на рельеф в больших масштабах проявляется в результате добычи полезных ископаемых и создания инфраструктуры. При открытых горных выработках создаются котлованы, превосходящие но масштабам естественные формы рельефа. Строительство железнодорожных и шоссейных дорог предполагает отсыпку насыпи и соответственно создание положительной формы рельефа протяженностью в тысячи километров. Человек всегда преобразует рельеф при городской, промышленной застройке территории для получения достаточно ровных площадок, или, наоборот, ступенчатых, либо каких-то иных поверхностей, заданных коммунально-жилищными или технологическими условиями возведения строительных объектов. В связи с этим могут быть засыпаны овраги, речные протоки или созданы арыки, каналы и целые водохранилища.